Обзор методов и способов измерения физико-механических параметров рыбы

трения единичных экземпляров некоторых видов рыб по материалам, наиболее

часто используемым для изготовления рабочих органов рыбообрабатывающих

машин.

Экспериментальные исследования по определению коэффициентов трения и

кинематических коэффициентов трения про водили на установках, описанных в

разделе «Установки для исследования коэффициентов трения».

Опыты проводили только с размороженной рыбой. Для достоверности

результатов опыты по определению коэффициентов трения при одних и тех же

продолжительности неподвижного контакта и скорости повторяли 15—20 раз, а

затем определяли средние значения и средние квадратичные отклонения. По

сред ним значениям строили графические зависимости коэффициен тов трения

покоя от продолжительности неподвижного кон такта,

На рис. 5 представлены графические зависимости коэффициентов трения

покоя сельди по нержавеющей стали, оргстеклу и прорезиненной лейте от

продолжительности неподвижного контакта. Как видно из приведенных данных,

наименьший коэффициент трения покоя получен при контакте сельди с

оргстеклом, несколько больший — при контакте с прорезиненной лентой.

Оргстекло имеет чистоту поверхности, соответствующую седьмому, а

нержавеющая сталь — пятому классу шероховатости. При контакте рыбы с

нержавеющей сталью и оргстеклом сила трения, по-видимому, в основном

обусловливается адгезионной составляющей, поэтому коэффициенты трения

сравнительно невелики.

[pic]

Рис. 5. Зависимость коэффициентов трения покоя сельди от продолжительности

неподвижного контакта: 1 — сельдь — прорезиненная лента; 2 — сельдь —

нержавеющая сталь; 3 — сельдь — оргстекло: а — при ориентации рыбы головой

по направлению движения; б — то же, хвостом по направлению движения.

Прорезиненная лента является легко деформируемым материалом, при

контакте с которым сила трения обусловливается деформационной и адгезионной

составляющими, а поэтому и коэффициент трения для этого материалов

значительно больше, чем для других. При ориентации сельди хвостом по

направлению движения коэффициент трения будет несколько больше, чем при ее

ориентации головой по направлению движения. Это объясняется строением

чешуйчатого покрова. При ориентации рыбы хвостом по направлению движения

увеличивается деформационная составляющая силы трения.

Коэффициенты трения рыб, замороженных в брикеты.

Для транспортировки рыбы, замороженной в брикеты, по наклонным

плоскостям и посредством конвейеров необходимо знать углы наклона, при

которых возможна такая транспортировка. Углы наклона можно определить, если

известны коэффициен ты трения

tg? = tg? = f (3)

где ? - угол трения; ? - угол наклона плоскости; f - коэффициент трения.

Коэффициенты трения рыбы, замороженной в брикеты, определяли на тех же

экспериментальных установках, что и коэффициенты трения покоя отдельных

экземпляров рыб. Исследованные поверхности водой не смачивались. На рис. 6

и 7 представлены экспериментальные данные исследований коэффициентов трения

рыб, замороженных в брикеты, по нержавеющей стали и прорезиненной ленте в

зависимости от продолжительности неподвижного контакта. Анализ опытных

данных позволяет предполагать, что между льдом и исследуемой поверхностью

устанавливаются так называемые мостики сварки, которые и обусловливают

величину силы трения.

[pic]

Рис. 6. Коэффициенты трения покоя различных видов рыб, замороженных в

брикеты, в зависимости от продолжительности контакта с нержавеющей сталью:

1 — сельдь; 2 —треска; 3 —сайра; 4 — ставрида; 5 — скумбрия; 6 —

сардинелла.

[pic]

Рис.7. Коэффициенты трения покоя различных видов рыб, замороженных в

брикеты, в зависимости от продолжительности неподвижного контакта с

резиной:

1—сельдь; 2—треска; 3—сайра; 4—ставрида; 5—скумбрия; 6 — сардинелла.

Чем больше продолжительность неподвижного контакта, тем больше

устанавливается мостиков сварки и, следовательно, тем больше сила трения.

Поскольку для разных видов рыб, замороженных в блоки, коэффициенты трения

различны, то, по-видимому, от дельные экземпляры рыб по-разному касаются

исследуемой поверхности. Чем больше поверхность касания, тем больше сила

трения. Сила трения между брикетом и исследуемой поверхностью будет

зависеть от толщины слоя глазуровки. Данный фактор, на наш взгляд, является

решающим. В связи с этим приведенные экспериментальные данные являются

сугубо ориентировочными.

РЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РЕАЛЬНЫХ ТЕЛ

Реологические свойства реальных тел могут характеризоваться упругостью,

вязкостью и пластичностью. При описании реологических свойств тела рыбы

будут использованы и другие термины, такие, как напряжение, деформация,

релаксация и т. д..

Под упругостью обычно понимают свойство тела мгновенно изменять спою

форму под действием приложенной силы, а после снятия напряжения

восстанавливать первоначальную форму.

Вязкость — мера сопротивления, течению жидкости, равная отношению

напряжения сдвига к скорости сдвига. Различают ньютоновские и

неньютоновские жидкости. Ньютоновская жидкость характеризуется тем, что

напряжение в ней пропорционально скорости деформации, т. е. коэффициент

динамической вязкости является величиной постоянной. У неньютоновской

жидкости при заданных температуре и давлении коэффициент динамической

вязкости зависит от скорости деформации.

Пластические свойства тела характеризуются пределом текучести, т. е.

уровнем напряжения, ниже которого пластическая деформация отсутствует или

незначительна. Пластическое тело, так же как и вязкое, является

диссипативной системой. В случае вязкого течения механическая энергия,

которая диссипировалась при возникновении данной деформации, зависит от

скорости деформации, тогда как в случае пластического течения

диссипированная энергия не зависит от скорости деформации.

Деформация представляет собой смещение частиц материального тела, при

котором не нарушается непрерывность самого тела. Способность де

формироваться под действием внешних сил — основное свойство материалов всех

реальных тел.

Под деформацией обычно понимают не только процесс относительного

перемещения точек тела, протекающий во времени, по и мгновенное перемещение

точек тела в любой фиксированный момент времени в течение: этого процесса.

Деформация может быть другой, т. е. исчезающей после снятия нагрузки, и

остаточной, необратимой. Если деформация тела под действием конечных сил

растет непрерывно и неограниченно, значит, материал течет. Пластическое

течение возникает только тогда, когда силы превышают некоторый предел,

называемый пределом текучести. Вязкое течение может происходить под

действием любых сил. Скорость деформации в этом случае пропорциональна

величине действующей силы и при исчезновении ее обращается в нуль.

Следовательно, материал, которому присуще вязкое течение, является

жидкостью, так как сколь угодно малому напряжению отвечает неограниченное

возрастание деформации со временем; после снятия напряжения деформация не

восстанавливается. Обратимость деформации есть проявление свойства

упругости, и соответственно вся обратимая деформация является упругой. При

снятии нагрузки упругая деформация полностью исчезает.

Под действием внешних сил происходит изменение формы и размеров тела,

т. е. все реальные тела деформируются. Величина и характер деформации

зависят от свойств материала, его формы и способа приложения внешних сил.

Деформация тела сопровождается возникновением внутренних сил взаимодействия

между частицами, т. с. напряжением. Под напряжением понимается мера

интенсивности внутренних сил.

Различают мгновенную и запаздывающую упругую деформации. Поскольку в

реальных телах, как деформация, так и напряжение распространяются с

конечной скоростью, то мгновенная деформация является абстракцией. Если

скорость распространения деформации весьма велика, то время процесса

деформации с небольшой погрешностью можно принять равным нулю. Такую

деформацию принято называть мгновенной.

Упругую деформацию, протекающую во времени, принято называть

запаздывающей упругой деформацией.

Под ползучестью понимается возрастание деформации при постоянном

напряжении, а соответствующая деформация называется деформацией ползучести.

Релаксация напряжений — это уменьшение напряжений в теле при постоянной

деформации. При этом предполагается, что деформация создается с большой

скоростью, в противном случае релаксация напряжений может частично пли

полностью пройти за время создания деформации.

МЕХАНИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ, ОПИСЫВАЮЩИЕ РЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РЕАЛЬНОГО ТЕЛА

Процесс деформации реального тела весьма сложен, поэтому построить

математическую модель такого тела трудно даже при наличии эмпирических

коэффициентов. В действительности модель должна описывать такие свойства,

как упругая деформация, пластическое и вязкое течение, ползучесть и

релаксация и т. д. Если бы даже удалось создать такую модель, то она была

бы слишком громоздкой для того, чтобы служить основой для решения задач,

связанных с определением напряжений и деформаций в твердых телах. В связи с

этим обычно пользуются более простыми моделями, описывающими лишь те

механические свойства, которые наиболее существенны для рассматриваемой

задачи.

Наиболее известными моделями такого типа являются упругое тело Гука и

ньютоновская вязкая жидкость, представляющие собой математические

абстракции, лишенные физической реальности и тем не менее являющиеся

полезными средствами для изучения реальных физических свойств.

Упругое тело является консервативной системой, т. е. механическая

энергия, используемая для совершения деформации, накапливается в теле и

может быть получена обратно при раз грузке. Вязкое тело, т. е. такое тело,

в котором напряжение зависит от скорости деформации, является диссипативной

системой, поскольку механическая энергия, затраченная на преодоление

внутреннего трения, препятствующего деформированию, обращается в теплоту.

При математическом описании конечных деформаций упругого тела возникают

определенные трудности, обойти которые можно, ограничившись рассмотрением

бесконечно малых деформаций.

Рассмотрение конечных деформаций для вязких жидкостей не приводит к

особым математическим затруднениям. Различия в математическом описании

конечных деформаций для упругих тел и вязких жидкостей состоят в том, что

механическое поведение упругого тела определяется напряжениями и

деформациями, а механическое поведение вязких жидкостей -напряжениями и

скоростями деформаций. При определении де формаций мы сопоставляем

деформированное состояние с не которым исходным состоянием, обычно с

состоянием, свободным от напряжений. При конечном отклонении от этого со

стояния математические формулы, определяющие деформации, становятся весьма

сложными. Кроме того, при определении скоростей деформаций сопоставляют

состояния рыбы в момент времени, разница между которыми равна dt.

Отклонения между этими состояниями бесконечно малы, поэтому не возникает

математических усложнений.

В упругих телах напряжение связано с мгновенным состоянием деформации,

а в вязкой жидкости и пластических телах — с мгновенным состоянием течения;

вязкое и пластическое течения связаны с диссипацией энергии и приводят к

остаточным деформациям. В случае вязкого течения механическая энергия,

которая диссипировалась при возникновении данной деформации, зависит от

скорости деформации; в случае пластического течения диссипированная энергия

не зависит от скорости деформации.

Математическую зависимость между напряжением деформаций и временем в

виде линейного дифференциального уравнения с постоянными коэффициентами

можно установить и без моделей, однако модели в значительной степени

облегчают уяснение физической сущности механического поведения того или

иного тела, а также дают возможность определить, обладает ли тело

мгновенной упругой деформацией, запаздывающей упругой деформацией,

релаксацией напряжений. Поскольку зависимости между напряжением,

деформацией и временем определяются обычно линейными дифференциальными

уравнениями с постоянными коэффициентами, то в общем виде уравнение может

быть записано следующим образом:

[pic] (4)

где А, А1, An, В, b1, Вт — постоянные коэффициенты, которые определяют

механические свойства изучаемого тела; ? — напряжение; ? — относительная

деформация.

Решение дифференциального уравнения содержит, произвольные постоянные,

число которых равно порядку дифференциального уравнения. Произвольные

постоянные определяют, исходя из начальных условий, т. е. при t = 0 или при

t=?. Число условий должно равняться числу произвольных постоянных.

Поскольку механическое поведение реального тела описывается уравнением (4)

только приближенно, то задача заключается в том, чтобы выбрать частный вид

уравнения, достаточно хорошо описывающий экспериментальную зависимость

-напряжение — деформация — время.

Для математического описания деформаций и напряжений исследуемого тела

можно сначала в соответствии с экспериментальными данными подобрать

подходящую модель, состоящую из упругих, вязких и пластических элементов

или их комбинаций, а затем описать ее математически. Или же сразу подо

брать тип уравнения, начиная с простейших видов, которое качественно

описывает экспериментальную зависимость. Качественное совпадение находят по

наличию или отсутствию мгновенной упругой деформации, запаздывающей

деформации, остаточной деформации и релаксации напряжений.

Постоянные коэффициенты находят, исходя из экспериментальных данных, и

определяют количественное расхождение между выбранным уравнением и опытными

данными.

СТРУКТУРНО МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РЫБЫ

Структурно-механические свойства рыбы проявляются под влиянием

нормальных или касательных напряжений. Этими свойствами определяется

поведение тела рыбы в напряженном состоянии. Под действием приложенной силы

тело рыбы де формируется.

Зависимость между деформацией тела рыбы и напряжением в нем

характеризует механическое поведение тела рыбы. Величина деформации тела

рыбы под действием приложенной силы обусловливается прежде всего его

структурно-механическими свойствами.

Мышечная ткань рыбы по структурно-механическим свойствам занимает

промежуточное положение между жидкими и твердыми телами и представляет

собой, по-видимому, дисперсную систему со сплошной структурой. Рассматривая

мышечную ткань рыбы как сплошную структуру, не следует считать ее

однородной.

Мышечное волокно как основа мышечной ткани рыбы само по себе

неоднородно и состоит из упругих, пластических и вязких элементов.

Имеется несколько методов оценки структурно-механических свойств

дисперсных систем. По методу академика П. А. Ребиндера прочность структуры

оценивается степенью проникновения металлического наконечника в глубь

дисперсной системы под, действием постоянной силы.

Существует метод, основанный на использовании универсального

консистометра, при помощи которого определяют эластичность, твердость и

вязкость исследуемого объекта. И. А. Воскресенским были предложены три

показателя для характеристики структурно-механических свойств мышечной

ткани рыбы: эластичность, эластическая и пластическая прочность. Под

эластичностью понимается способность мышечной ткани рыбы восстанавливать

свои первоначальные геометрические размеры после снятия деформирующей силы.

Эластическая прочность характеризуется способностью мышечной ткани рыбы

противодействовать движению тупого тела, сжимающего ткань под действием

деформирующей силы.

Пластическая прочность характеризует способность мышечной ткани

противодействовать движению острого тела, сжимающего и разрезающего ткань

под действием деформирующей силы.

Все предложенные показатели определяются экспериментально и практически

не могут быть выражены количественно. Название каждого показателя также не

отражает существа вопроса. Эластическая прочность — это упругая прочность,

а рыба не является упругим телом, поэтому такой показатель не может

характеризовать структурно-механические свойства рыбы. Пластическая

прочность не может характеризовать мышечную ткань рыбы, поскольку она не

является пластическим телом. Причем последние два показателя не имеют

размерностей, характеризующих прочностные показатели. Для изучения

структурно-механических свойств тела рыбы необходимо установить прежде

всего его реологические характеристики, а затем критерии оценки этих

свойств. Зная, какими свойствами обладает тело, можно подобрать

соответствующую модель и описать их аналитически.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СВОЙСТВ ТЕЛА ПО РЕОЛОГИЧЕСКИМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ

Для выбора модели, описывающей механическое поведение того или иного

реального тела, необходимо знать, какими реологическими свойствами оно

обладает.

Реологические свойства тела определяют обычно с помощью приборов,

Страницы: 1, 2, 3